摘 要：將高模量樹(shù)脂添加到瀝青混合料中，制備高模量樹(shù)脂改性瀝青，通過(guò)對(duì)試樣的車(chē)轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾以及疲勞試驗(yàn)的研究，討論2種不同摻量的高模量樹(shù)脂對(duì)瀝青混合料性能的影響。結(jié)果表明：隨著高模量劑摻量的增加，當(dāng)高模量劑的摻量為0.6%時(shí)，瀝青混合料的車(chē)轍性能和抗水損害能力表現(xiàn)出更優(yōu)越的效果。這是因?yàn)楦吣Ａ繕?shù)脂的加入使瀝青混合料的整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，礦粉、集料與瀝青間的膠結(jié)更緊密，增強(qiáng)了路面的彈性模量和抗剪切性能，防止路面受到水分侵蝕而產(chǎn)生龜裂、脫落等損害，從而增強(qiáng)了路面的耐水性能和抗車(chē)轍性能。

關(guān) 鍵 詞：高模量樹(shù)脂添加劑；瀝青混合料；高溫穩(wěn)定性；水穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TQ276.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)志碼： A 文章編號(hào)： 1004-0935（204）08-1195-05

隨著城市化不斷發(fā)展，道路的建設(shè)和維護(hù)也成了城市管理的重要問(wèn)題。在此背景下，高模量瀝青混合料應(yīng)運(yùn)而生[1-6]。高模量瀝青混合料作為一種新型道路材料，具有許多優(yōu)異的特性，如高強(qiáng)度、高耐久性、卓越的抗裂性能和較高的承載能力等。這種材料的出現(xiàn)不僅能夠提高道路的使用壽命，還能夠降低維護(hù)成本和交通事故的發(fā)生率[7-10]。

在過(guò)去的幾十年中，高模量瀝青混合料在歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市也開(kāi)始使用高模量瀝青混合料來(lái)修建道路。因此，對(duì)于這種新型道路材料的研究和探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[11-16]。

本文旨在對(duì)高模量瀝青混合料的組成、制備方法、性能測(cè)試等方面進(jìn)行系統(tǒng)的介紹和分析，探討2種高模量劑對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，希望通過(guò)介紹和分析，能夠讓更多的城市和道路建設(shè)者了解和掌握這種新型道路材料的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用方法，從而更好地推廣和應(yīng)用。

1 原材料及制備

1.1基質(zhì)瀝青

本研究采用的基質(zhì)瀝青為遼寧寶來(lái)90號(hào)道路基質(zhì)瀝青，瀝青的基本性能指標(biāo)如表1所示。

本試驗(yàn)選用強(qiáng)度高且棱角分明的優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r作為粗集料，細(xì)集料為北鎮(zhèn)市石灰?guī)r加工而成的機(jī)制砂。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中的試驗(yàn)方法對(duì)粗集料和細(xì)集料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2和表3所示。

1.3 礦粉和級(jí)配

1.3.1礦粉

采用石灰?guī)r磨制的細(xì)礦粉作為填料，其技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

1.3.2級(jí)配

試件采用AC-20型瀝青混合料，通過(guò)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法得出AC-20瀝青混合料的油石比為4.36%，如表6所示。

1.4高模量樹(shù)脂的制備

本試驗(yàn)高模量樹(shù)脂是將520g的PP、264g的PE和16g的再生PP經(jīng)過(guò)高混機(jī)混合，擠出機(jī)造粒，制備成粒徑小于5mm的白色固體顆粒。

1.5高模量瀝青混合料的制備

首先將集料放進(jìn)恒溫箱進(jìn)行加熱，再將攪拌鍋先預(yù)熱10℃左右，先將集料放進(jìn)攪拌鍋均勻攪拌15s，高模量樹(shù)脂瀝青混合料的制備步驟如下：首先將集料放進(jìn)恒溫箱中進(jìn)行加熱，加熱至170℃左右；再將集料放進(jìn)10℃的攪拌鍋中均勻攪拌15s；然后將基質(zhì)瀝青的溫度加熱到170℃左右，放入攪拌鍋中，再攪拌25s；最后放入高模量添加劑，利用高速剪切機(jī)進(jìn)行剪切改性，使高模量劑能夠均勻分散在瀝青中。剪切30s后，即可得到高模量瀝青混合料。

2試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)用到的主要儀器如表6所示。

3結(jié)果與分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)以及動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定度越高表明混合料的抗高溫能力越強(qiáng)。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）設(shè)計(jì)試件制備和試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

結(jié)果表明，在瀝青混合料中加入2種高模量樹(shù)脂添加劑后，混合料試件的抗車(chē)轍性能得到提高。由表7可知，基質(zhì)瀝青動(dòng)穩(wěn)定度為1890次·mm-1，相對(duì)變形率為11.22%。當(dāng)摻入0.2%的G1和G2瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別為基質(zhì)瀝青混合料的1.6倍和1.9倍；摻入0.4%的G1和G2瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青混合料的2.9倍和2.7倍；摻入0.6%的G1和G2瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青混合料的3.2倍和3.5倍?？傮w來(lái)看，加入高模量樹(shù)脂添加劑之后，瀝青混合料的抗高溫性能得到提升；隨著高模量劑摻量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也表現(xiàn)為不斷增長(zhǎng)。從相對(duì)變形率來(lái)看，高模量瀝青混合料的變形率遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青混合料。這是因?yàn)楦吣Ａ刻砑觿搅吭酱螅軌蚺c輕質(zhì)組分發(fā)生反應(yīng)的基數(shù)就越大，從而改變礦料之間的相互作用力，提高瀝青混合料的模量，使混合料整體性增強(qiáng)，且在高溫下混合料的質(zhì)地也更加堅(jiān)硬[17]。

3.2低溫抗裂性

低溫開(kāi)裂也是影響瀝青混凝土路面壽命的主要因素之一。溫度突然下降時(shí)，瀝青混合料路面會(huì)產(chǎn)生不均勻受力。當(dāng)局部收縮應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，瀝青路面就會(huì)開(kāi)裂[16-18]。瀝青混合料低溫抗裂性能通常采用低溫-10℃小梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體試件制備和試樣方法見(jiàn)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度為8.42MPa，瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度隨著高模量劑摻量的增加而稍有減弱， 說(shuō)明摻入高模量劑對(duì)瀝青混合料的低溫開(kāi)裂性能影響不大。彎拉勁度模量出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最大彎拉應(yīng)變隨著高模量劑的加入而減小。加入高模量劑對(duì)瀝青混合料的低溫開(kāi)裂性能的影響因材料和加入量的不同而有所差異。一般來(lái)說(shuō)，適量的高模量劑可降低瀝青混合料的低溫脆性，提高其彎曲和拉伸能力。但是在實(shí)際應(yīng)用中，如果加入量過(guò)多或者材料本身抗裂性能已經(jīng)很好，加入高模量劑帶來(lái)的低溫開(kāi)裂性能變化可能不會(huì)很大。此外，瀝青混合料的低溫開(kāi)裂性能受到多種因素影響，如瀝青質(zhì)量、骨料形狀、含水率等，因此加入高模量劑僅僅是其中一種影響因素，不能完全決定混合料的低溫開(kāi)裂性能變化。

3.3 水溫定性

水穩(wěn)定性是指瀝青混合料在受到水的侵蝕和沖刷時(shí)，能夠保持其穩(wěn)定性的能力。水穩(wěn)定性好壞直接影響著瀝青混合料的使用壽命和抗車(chē)轍性能。水穩(wěn)定性也是評(píng)價(jià)瀝青混合料耐久性的重要指標(biāo)之一，主要采用凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)水穩(wěn)定性。

3.3.1 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)是通過(guò)模擬氣候條件的變化，來(lái)研究材料抗凍融劈裂功的試驗(yàn)方法。它主要用于評(píng)價(jià)瀝青路面材料在寒冷地區(qū)或冷季節(jié)的抗壓裂性能和耐久性。用凍融劈裂比來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其比值越大，則表示瀝青混合料的水穩(wěn)定性越好。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中所述的具體方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表9。

試驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比為84.9%，摻入0.2%的2種添加劑的劈裂強(qiáng)度比是基質(zhì)瀝青混合料的1.02倍和0.97倍，摻入0.4%的2種添加劑的劈裂強(qiáng)度比是基質(zhì)瀝青混合料的1.04倍和1.03倍，摻入0.6%的2種添加劑的劈裂強(qiáng)度比是基質(zhì)瀝青混合料的1.13倍和1.08倍。這說(shuō)明在瀝青混合料中加入高模量樹(shù)脂添加劑可以提高路面的抗水損害能力。在瀝青混合料中，高模量劑主要起到增加混合料整體彈性模量的作用。彈性模量是指材料在受力后能夠產(chǎn)生彈性變形的抵抗能力，因此增加彈性模量可以提高混合料的抗剪切性和抗反應(yīng)性。當(dāng)瀝青混合料遭受凍融循環(huán)時(shí)，混合料內(nèi)部水分會(huì)在溫度變化時(shí)迅速膨脹或收縮，這會(huì)導(dǎo)致混合料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，引起混合料的劈裂破壞。而加入高模量劑可以增加混合料的整體強(qiáng)度和韌性，使其更能夠抵抗凍融循環(huán)帶來(lái)的應(yīng)力和變形，從而提高混合料的凍融劈裂強(qiáng)度[18]。

3.3.2浸水馬歇爾試驗(yàn)

瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)是用來(lái)評(píng)估瀝青混合料在高溫高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性，常用于路面材料、建筑材料等領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)中。具體試件制備和試驗(yàn)方法見(jiàn)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），結(jié)果見(jiàn)表10。

試驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度為81.1%，混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度隨著高模量樹(shù)脂摻量的增加而提高。當(dāng)高模量劑的摻量為0.6%時(shí)，G2瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青的1.14倍，G1瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青混合料的1.18倍，G1表現(xiàn)出更好的抗水損害能力。當(dāng)高模量劑與瀝青分子結(jié)合時(shí)，會(huì)形成互相交叉的分子鏈，使得瀝青分子之間的相互作用更加緊密，從而使瀝青混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到提高。此外，高模量劑還可以填充瀝青混合料中的微孔和裂隙，強(qiáng)化混合料的骨架結(jié)構(gòu)，增加混合料水穩(wěn)定性[19]。

4 結(jié) 論

制備出一種高模量樹(shù)脂改性瀝青，采用常用的 AC-20級(jí)配，通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)以及疲勞試驗(yàn)，證明高模量樹(shù)脂添加劑可以有效提高瀝青路面的車(chē)轍性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著高模量樹(shù)脂的增加，抗車(chē)轍能力、抗水損害性均能逐漸提高，且G2摻入量為0.6%時(shí)，高模量瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為基質(zhì)瀝青混合料的1.9%，表現(xiàn)出更好的抗車(chē)轍性能。加入高模量劑可以在瀝青混合料中提高瀝青的黏性和彈性模量，從而使該混合料的高溫性能、疲勞性能和水穩(wěn)定性得到提高。高模量劑通常是高分子化合物或其他特殊化合物，它們能夠在瀝青中形成強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)，從而提高混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，高模量劑還能夠降低瀝青的滲透性和老化速度，從而延長(zhǎng)混合料的使用壽命。綜上所述，加入高模量劑可以提高瀝青混合料的性能，使其更加適合高負(fù)荷和高強(qiáng)度應(yīng)用。

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